Региональные и зональные характеристики потока актуального суммарного испарения орошаемых и неорошаемых агроценозов Марксовского района Саратовской области за 2003-2017 гг. тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Ермолаева Ольга Сергеевна

• Ермолаева Ольга Сергеевна
• кандидат наук
• 2025

Оглавление диссертации кандидат наук Ермолаева Ольга Сергеевна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ ОБЗОР МЕТОДОВ И КЕЙСОВ ОЦЕНКИ ПОТОКА АКТУАЛЬНОГО СУММАРНОГО ИСПАРЕНИЯ С ПОВЕРХНОСТИ СУШИ

1.1. Введение в первый раздел диссертационного исследования

1.2. Локальные (точечные) методы оценки потока ЕТа

1.3. Пространственные методы оценки потока ЕТа по данным дистанционного зондирования Земли

ГЛАВА 2. БАЗА ГЕОДАННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК МАРКСОВСКОГО РАЙОНА САРАТОВСКОЙ ОБЛАСТИ В РАЗРЕЗЕ ЗАДАЧ ДИССЕРТАЦИОННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Природно-географическая характеристика Саратовской области и Марксовского района, расположенного на ее территории

2.2. Методика формирования базы геоданных характеристик территории Марксовского района

2.3. Слои базовых пространственных объектов базы геоданных Марксовского района

2.3. Слои основных геообъектов базы геоданных Марксовского района

2.4 Характеристики гидрометеорологического мониторинга станции г. Ершов

2.5. Полевая верификация оценки потока актуального восьмидневного суммарного испарения ЕТа8

ГЛАВА 3. ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЙ АНАЛИЗ ХАРАКТЕРИСТИК ГЕОДАТАСЕТА ЕТАУ ГЕОГРАФИЧЕСКОГО ЭКСТЕНТА СЕЛЬСКОЙ МЕСТНОСТИ МАРКСОВСКОГО РАЙОНА (2003-2017 ГГ.)

3.1 . Методика формирования геодатасета потока актуального суммарного испарения за оросительный период ЕТау

3.2 Методика анализа характеристик геодатасета ЕТау

3.3 Статистический анализ геодатасета ЕТау

3.4. Геостатистический анализ геодатасета ЕТау

ГЛАВА 4. ОЦЕНКА РЕГИОНАЛЬНЫХ И ЗОНАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОТОКА ЕТАV ОРОШАЕМЫХ И НЕОРОШАЕМЫХ ПАХОТНЫХ ЗЕМЕЛЬ НА ТЕРРИТОРИИ МАРКСОВСКОГО РАЙОНА

4.1. Региональный анализ характеристик потоков БТау орошаемых и неорошаемых пахотных земель

4.2. Оценка зональных характеристик потока ЕТау орошаемых и неорошаемых пахотных земель

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ПРИЛОЖЕНИЕ В

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Региональные и зональные характеристики потока актуального суммарного испарения орошаемых и неорошаемых агроценозов Марксовского района Саратовской области за 2003-2017 гг.»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. В настоящее время, характеризуемое увеличением народонаселения Земли, а также нарастающими климатическими флуктуациями, обеспечение потребностей в сельскохозяйственной продукции становится одним из ключевых вопросов международной повестки, что подтверждается документами генеральной ассамблеи ООН по вопросам устойчивого развития [225] Всемирного экономического форума по оценке глобальных рисков [245] и Римской декларации по всемирной продовольственной безопасности» [209].

В Российской Федерации продовольственная безопасность является одной из главных целей экономической и аграрной политики государства, что зафиксировано Указом Президента РФ от 21 января 2020 г. № 20 "Об утверждении Доктрины продовольственной безопасности Российской Федерации" [54], следующие пункты которого соответствуют тематике настоящего диссертационного исследования: а) повышение качества жизни российских граждан за счет достаточного продовольственного обеспечения (подпункт "а" пункта 7 части II Доктрины продовольственной безопасности Российской Федерации); б) создание в сельском хозяйстве высокопроизводительного сектора, развивающегося на основе современных технологий и обеспеченного научными работниками и высококвалифицированными специалистами (подпункт "л" пункта 7 части II Доктрины продовольственной безопасности Российской Федерации).

Российская Федерация располагает достаточной ресурсной базой для устойчивого роста аграрного производства, способного удовлетворить национальные интересы в сфере продовольственной безопасности на долгосрочную перспективу. Одно из направлений такого роста связано с повышением плодородия сельскохозяйственных земель, расположенных на территориях с высоким биоклиматическим потенциалом и дефицитом доступных для сельскохозяйственных посевов запасов почвенной влаги [162], характерных

для зон с аридным климатом и дефицитом водных ресурсов [93, 159,172], а также для зон с периодическими метеорологическими и сельскохозяйственными засухами [124, 145], Для преодоления ограничений плодородия агроценозов по доступным запасам почвенной влаги используется их орошение, для совершенствования которого в разрезе рационального использовании водных и земельных ресурсов развиваются новые подходы и методы [155, 159, 172], основанные на объективных данных состояния и потребностей сельскохозяйственных растений в воде, получаемых с использованием современных цифровых технологий [24, 30, 51, 61, 69, 72, 157, 167, 190, 219], а также результатов агрогидрологического моделирования процессов энерго- и массопереноса в подстилающем слое атмосферы [156, 185].

Одной из базовых характеристик агрогидрологических моделей является актуальный (фактический) поток суммарного испарения (эвапотранспирации) (ЕТа), который формируется при переходе почвенной влаги из жидкой фазы в газообразную в результате испарения с поверхности почвенного покрова Еу [221], а также в результате транспирации с поверхности вегетирующего растительного покрова Тг [116, 128], суммарный объем которых в годовом исчислении достигает порядка 60% от суммарного объема выпадающих на поверхность суши осадков [143, 212]. Формирование потоков ЕТа на сельскохозяйственных землях представляет собой сложный для описания процесс [139], пространственно -временные характеристики которого связаны, как с погодными условиями, так и с антропогенным воздействием. В этой связи стремительное развитие цифровых технологий мониторинга Земли из космоса, идущее с начала ХХ1 века, дало толчок разработке и непрерывному совершенствованию методов получения объективных данных по оценке потока ЕТа с поверхности суши. Одними из объектов приложения этих методов являются орошаемые и неорошаемые агроценозы, которые наряду с интродукцией высокоурожайных сортов сельскохозяйственных культур, защитой сельскохозяйственных растений, рекультивацией, мелиорацией сельскохозяйственных земель и др., являются приоритетными направлениями исследований на пути перехода к технологиям точного орошаемого земледелия

[23]. В этой связи выбор темы настоящего диссертационного исследования вызван актуальной необходимостью, а также практической востребованностью результатов пространственно-временного анализа потока ЕТа для целей мониторинга водопотребления орошаемых и неорошаемых пахотных земель.

Степень разработанности темы исследования. Исследования, посвященные оценке локальных характеристик потока актуального суммарного испарения с поверхности суши, в частности агроценозов, по данным измерений на так называемом точечном уровне, представлены в многочисленных публикациях отечественных и зарубежных исследователей, таких как А. М. Алпатьев [2], С. М. Алпатьев [50], Х. Ф. Блейни [100], А. И. Будаговский [5], М. И. Будыко [6], А. И. Голованов [63], Е. М. Гусев [15], Н. Н. Дубенок [18, 65], Н. Н. Иванов [33], А. Р. Константинов [43-45], У. Д. Кридл [100], Г. К. Льгов [47], В. С. Мезенцев [48], А. А. Молчанов [53], Х. Л. Пенман [60], К. Пристли [195], В. В. Пчелкин [66, 249], Г. Т. Селянинов [65], Р. Тейлор [195], Ц. У. Торнтвайт [227, 231], Л. Тюрк [215, 235], Ж. Харгривс [152], А. Ю. Черемисинов [10], Д. Б. Циприс [70], И. А. Шаров [71] и многих других. Однако экстраполяция результатов точечных оценок потока суммарного испарения на площадной уровень приводит к значительным неопределенностям. В связи с этим для решения подобных задач применяются подходы и методы, основанные на данных дистанционного зондирования Земли. Оценке характеристик потока суммарного испарения на площадном уровне посвящены работы Р. Аллена [88-90, 210], В. Бастиаансена [8081, 99, 213], Дж. Мецикальски [79, 125], Е. Л. Музылева [34-36], Й. Нормана [79, 188], З. Су [208, 222], М. Тасуми [89, 191, 210, 228], Г. Топпа [232-233], Р. Феддеса [141-142] и Я. Янга [91, 201]. Результаты оценки региональных и зональных характеристик потока актуального суммарного испарения орошаемых и неорошаемых агроценозов, полученные с помощью дистанционного зондирования Земли, на примере Марксовского района Саратовской области приведены в настоящей диссертационной работе.

Объект исследования: пространственно-временные характеристики потока актуального суммарного испарения ЕТа на территориях, занятых орошаемыми и неорошаемыми агроценозами.

Предмет исследования: методы, модели, способы и алгоритмы пространственно-временного анализа характеристик потока актуального суммарного испарения на территориях, занятых орошаемыми и неорошаемыми агроценозами.

Цель исследования: повышение эффективности агрогидрологического мониторинга потока актуального суммарного испарения орошаемых и неорошаемых агроценозов на основе данных дистанционного зондирования Земли.

Задачи исследования:

- провести библиографический анализ научно-методических публикаций по оценке потока актуального суммарного испарения с поверхности суши и оценить их применимость для достижения цели настоящего диссертационного исследования;

- разработать модель и сформировать слои базы геоданных для оценки региональных и зональных характеристик потоков актуального суммарного испарения на территории Марксовского района Саратовской области за 20032017 гг. с использованием данных дистанционного зондирования Земли, а также провести верификацию продукта MOD16ET по данным полевых экспериментов;

- провести совершенствование методики разведочного анализа данных и на ее основе оценить региональные характеристики пространственно-временного куба потока суммарного испарения за оросительный период, сформированного по результатам дистанционного зондирования Земли для территории Марксовского района Саратовской области в 2003-2017 гг.;

- разработать методику оценки региональных и зональных характеристик потока актуального суммарного испарения за оросительный период (ЕТау) орошаемых и неорошаемых агроценозов, полученных по результатам дистанционного зондирования Земли для территории Марксовского района

Саратовской области в 2003-2017 гг., а также оценить влияние внешних драйверов на полученные результаты.

Научная новизна. Научная новизна исследований региональных и зональных характеристик потока актуального суммарного испарения орошаемых и неорошаемых агроценозов Марксовского района Саратовской области за 20032017 гг. заключается в:

- разработке нового подхода к оценке потока актуального суммарного испарения за оросительный период ЕТау с использованием данных дистанционного зондирования Земли и верификации использованных наборов геоданных продукта MOD16ET по данным полевых экспериментов на неотрывных почвенных монолитах;

- разработке модели базы геоданных для оценки региональных и зональных характеристик потока ЕТау и ее реализации для указанной территории;

- совершенствовании методики разведочного анализа данных для оценки пространственно-временных характеристик потока ЕТау орошаемых и неорошаемых агроценозов, полученных по результатам дистанционного зондирования Земли;

- разработке методики оценки региональных и зональных характеристик потока ЕТау орошаемых и неорошаемых агроценозов, полученных по результатам дистанционного зондирования Земли, характеризующих их пространственно-временную динамику.

Теоретическая значимость исследований заключается в развитии научно-методических основ мониторинга потока актуального суммарного испарения с поверхности суши с использованием данных дистанционного зондирования Земли.

Практическая значимость исследований заключается в разработке методики использования данных дистанционного зондирования Земли для оценки региональных и зональных характеристик потока актуального суммарного испарения орошаемых и неорошаемых агроценозов за оросительный период.

Методология и методы исследования. Методология диссертационного исследования представляет собой эмпирическую оценку наличия пространственно-временной вариации потока актуального суммарного испарения с территорий, занятых орошаемыми и неорошаемыми агроценозами, и включает в себя теоретические (абстрагирование, анализ и синтез, индукцию и дедукцию) и эмпирические (наблюдение, эксперимент, сравнение и измерение) научные подходы, методы и алгоритмы, позволившие получить искомые результаты по данным дистанционного зондирования Земли для территории Марксовского района Саратовской области за 2003-2017 гг.

Основные положения, выносимые на защиту:

1) Результаты верификации применимости наборов данных продукта MOD16ET для оценки потока актуального суммарного испарения с использованием наборов данных полевых экспериментов на неотрывных почвенных монолитах, оборудованных на территории Марксовского района Саратовской области;

2) Модель базы геоданных и методы наполнения ее слоев наборами геоданных Марксовского района Саратовской области, разметки и пространственно-временного анализа для оценки региональных и зональных потоков актуального суммарного испарения орошаемых и неорошаемых агроценозов.

3) Методика разведочного анализа слоев геоданных потока актуального суммарного испарения с поверхности суши, полученных по данным дистанционного зондирования Земли, а также результаты ее применения для оценки региональных и зональных характеристик этого потока с территорий Марксовского района Саратовской области, занятых орошаемыми и неорошаемыми агроценозами.

4) Методика оценки региональных и зональных характеристик потока актуального суммарного испарения орошаемых и неорошаемых агроценозов по данным дистанционного зондирования Земли, а также результаты ее применения для территории Марксовского района Саратовской области.

Степень достоверности результатов диссертационного исследования

основана на всестороннем анализе исследуемой предметной области, объективности данных дистанционного зондирования Земли, корректности использованного математического аппарата и вводимых допущений, адекватности применяемых методов анализа данных, а также на отсутствии противоречий с известными положениями теории и практики математического описания водного баланса почвенного покрова суши, а также результатами статистического и геостатистического анализов.

Область исследований. Содержание диссертации соответствует следующим пунктам паспорта научной специальности 4.1.5. Мелиорация, водное хозяйство и агрофизика:

16. Разработка и изучение методов мониторинга компонентов агроэкосистем (почв, агроценозов, приземного слоя атмосферы). Создание и исследование способов, приемов, технических систем и средств контроля, диагностики и управления состоянием сельскохозяйственных земель;

20. Разработка информационных методов, технологий, баз данных и гидродинамических моделей по поддержке принятия решений управления водными ресурсами в мелиоративно-водохозяйственном комплексе;

23. Разработка новых методов исследований, приборов и оборудования для локального определения физических, химических и биологических показателей системы «почва - растение - приземный слой атмосферы», разработка инструментария для прецизионного возделывания сельскохозяйственных культур;

26. Разработка методов, алгоритмов, инструментальных средств и систем получения, обработки и комплексного использования наземной информации и данных дистанционного зондирования Земли.

Апробация работы: Основные положения диссертационной работы были представлены на Международных и Всероссийских конференциях:

1. 14-я Всероссийская открытая конференция "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса". Москва, ИКИ РАН, 14-29 ноября 2016 года. (Тема доклада: Компьютерный код оценки эвапотранспирации

агроценозов по данным ДЗЗ). 1st Springer Conference of the Arabian Journal of Geosciences (CAJG-1). Hammamet, Tunisia, 12-15 ноября 2018 года. (Тема доклада: Warm Season Trends of ETa: A Case Study of Near-North Caspian Low Lands).

2. 17-я Всероссийская открытая конференция "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса". Москва, ИКИ РАН, 11-15 ноября 2019 года. (Тема доклада: Пространственно-временные тренды суммарного испарения с подстилающего слоя по данным MODIS за период 2002-2019г. на территории Марксовского района Саратовской области).

3. 2nd Euro-Mediterranean Conference for Environmental Integration (EMCEI-2). - 2nd Edition. Springer, Cham, 2021. (Тема доклада: Evaluating Satellite-Derived Evapotranspiration Trends: A Case Study of the Marksovsky District of the Saratov Region (RF).

4. III Всероссийская научная конференция с международным участием. Санкт-Петербург, 16-17 сентября 2021 года. (Тема доклада: Методы, масштабы и данные дистанционного зондирования в моделях роста и развития агрофитоценозов).

5. III Международная научная конференция. Санкт-Петербург, 14-15 сентября 2021 года. (Тема доклада: Кейс пространственной корреляции между урожайностью биомассы посева орошаемой люцерны и влагозапасами почвенного покрова).

6. Международная научная конференция профессорско-преподавательского состава, посвященная 155-летию РГАУ - МСХА имени К. А. Тимирязева "Доклады ТСХА". Москва, 02-04 декабря 2020 года. (Тема доклада: Интеллектуальный анализ актуальных потоков суммарного испарения с территории Марксовского района Саратовской области).

7. 18-я Всероссийская открытая конференция «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса», Москва, 16-20 ноября 2020 года. (Тема доклада: Пространственно-временная дифференциация потоков суммарного испарения вегетационного периода по типам землепользования на примере территории Марксовского района Саратовской области).

8. 19-я Международная конференция «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». Москва, 15-19 ноября 2021 года. (Тема доклада: Кластерный анализ картограмм трендов потоков суммарного испарения за 2003-2017 г. на территории Марксовского района Саратовской области).

9. 20-я Международная конференция «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». Москва, 14-18 ноября 2022 года. (Тема доклада: Гибридный метод картографического моделирования потоков суммарного испарения орошаемых агрофитоценозов на основе сочетания данных оптической и тепловой съемки аппаратурой Landsat и MODIS, а также механистических моделей AquaCrop и METRIC).

10. 21-я Международная конференция «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». Москва, 13-17 ноября 2023 года. (Тема доклада: Результаты анализа потоков суммарного испарения орошаемых и орошаемых агроценозов на территории Марксовского района Саратовской области за оросительные периоды 2003-2017 г. с использованием продукта MOD16A2).

11. Юбилейная международная научно-практическая конференция, посвященная 100-летию образования ВНИИГиМ имени А.Н. Костякова. Москва, 09-11 октября 2024 года. (Тема доклада: Водоэффективность орошения агроценозов: состояние, методы, перспективы).

12. 22-я Международная конференция «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». Москва, 11-15 ноября 2024 года. (Тема доклада: Идентификация орошаемых агроценозов по данным дистанционного зондирования Земли с применением методов машинного обучения).

13. 22-я Международная конференция «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». Москва, 11-15 ноября 2024 года. (Тема доклада: Оценка пространственного варьирования урожайности орошаемых посевов сои (2023 г.) с использованием наборов геоданных пробных укосов и суммарного испарения по модели METRIC (Landsat 8-9).

Результаты диссертационной работы были использованы при реализации следующих грантов:

1) Метод оценки эффективности использования продуктивных запасов почвенной влаги на примере орошаемых и неорошаемых посевов сои. РНФ, № 2327-00438. Руководитель: Ермолаева О. С.

2) Картографическое моделирование влагозапасов почвенного покрова на основе комплексной геофизической влагометрии для целей цифрового орошаемого земледелия. РФФИ, № 19-29-05261. Руководитель: Зейлигер А. М.

3) Водопотребление агроценозов на "точечном" и "площадном" уровнях исследований. РФФИ, № 16-05-01097А. Руководитель: Зейлигер А. М.

4) Использование сопряженных данных дистанционного зондирования Земли и наземных обследований для разработки метода контроля за размещением посевов сельскохозяйственных монокультур, РФФИ, № 15-45-01060 р_юг_а. Руководитель: Паштецкий В. С.

Результаты диссертационной работы внедрены:

1. При разработке метода оценки эффективности использования продуктивных запасов почвенной влаги, в рамках работ, выполняемых по проекту РНФ 23-27-00438 Метод оценки эффективности использования продуктивных запасов почвенной влаги на примере орошаемых и неорошаемых посевов сои (Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»);

2. При разработке базы данных «Пространственные характеристики потоков суммарного испарения орошаемых и неорошаемых агрофитоценозов с сельских территорий» (Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2023621331 Российская Федерация. № 2023621052: заявл. 21.04.2023 : опубл. 26.04.2023);

3. При разработке программы для ЭВМ «Программа для расчета растровых слоев влажности поверхностного слоя почвенного покрова» (Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №

2023682426 Российская Федерация., № 2023681458: заявл. 18.10.2023: опубл. 25.10.2023);

4. При разработке программы для ЭВМ «Программа автоматической идентификации орошаемых агроценозов по данным дистанционного зондирования Земли с применением методов машинного обучения» (Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2024684252 Российская Федерация, № 2024683533: заявл. 09.10.2024: опубл. 16.10.2024);

5. В учебном процессе и научно-исследовательской работе обучающихся магистратуры направления «Прикладная информатика», направленность (профиль) Архитектура систем искусственного интеллекта в ФГБОУ ВО РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева.

Личный вклад соискателя. Представленные в диссертационной работе результаты полевых экспериментов и их обработки, а также сбора и анализа наборов данных дистанционного зондирования Земли были получены лично соискателем в ходе выполнения инициативных проектов, а также грантов, реализованных научными коллективами, членом которых он являлся.

Публикации по теме исследования. Основные результаты диссертационного исследования опубликованы в 24 научных работах, включая 4 статьи в изданиях, входящих в «Перечень рецензируемых научных изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук»; 8 публикаций, индексируемых в базе Scopus и 2 публикации в базе Web of Science, из которых 1 статья относится к категории «материалы международных конференций». По теме исследований получено 3 свидетельства о государственной регистрации интеллектуальной собственности: 1 база данных и 2 программы для ЭВМ (Приложение Г).

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация изложена на 175 страницах, состоит из введения, основной части, содержащей 52 рисунка, 4 таблицы, заключения, списка литературы, включающего 252 наименования, в том числе 180 - на иностранном языке и 4 приложений.

ГЛАВА 1. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ ОБЗОР МЕТОДОВ И КЕЙСОВ ОЦЕНКИ ПОТОКА АКТУАЛЬНОГО СУММАРНОГО ИСПАРЕНИЯ С

ПОВЕРХНОСТИ СУШИ

В этой главе в рамках решения задачи 1 «провести библиографический анализ научно-методических публикаций по оценке потока актуального суммарного испарения с поверхности суши, и оценить их применимость для достижения цели настоящего диссертационного исследования» представлены результаты библиографического анализа развития методов оценки потока актуального суммарного испарения с земной поверхности суши (ЕТа) в задачах, связанных с мониторингом составляющих водного баланса и влагозапасов почвенного покрова (ПП) в таких научных направлениях, как гидрология, орошаемое и богарное земледелие, природопользование и природообустройство, землепользование и пр.

1.1. Введение в первый раздел диссертационного исследования

В первом разделе представлены характерные особенности современного этапа развития агрогидрологических исследований, основанных на использовании компьютерного моделирования в системе SWAP (Soil-Water-Atmosphere-Plant Почва-Вода-Атмосфера-Растение) и наборов геоданных, получаемых с использованием технологий: а) геоинформационных систем (ГИС); б) дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ); в) глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС); г) искусственного интеллекта (ИИ). Рассмотрены подходы, методы и модели, применяемые для оценок локальных (точечных) и пространственных (площадных) потоков ЕТа. Предложена классификация, включающая методы, основанные на модели водного баланса корнеобитаемого слоя (КС) 1111, а также методы, основанные на использовании метеорологических, микрометеорологических, биофизических и эмпирических моделей. С использованием этой классификации во втором разделе представлены результаты библиографического анализа методов локальных оценок потоков ЕТа. В третьем

разделе приведены результаты библиографического анализа методов пространственных оценок потоков ЕТа, основанных на результатах ДЗЗ. В этой связи рассмотрены существующие виды сенсорных систем космического базирования, модели, используемые для оценки потоков ЕТа по данным ДЗЗ, а также существующие цифровые сервисы и продукты, предоставляющие доступ к такого рода данным и их деривативам. В четвертом разделе представлен набор кейсов использования пространственных оценок потоков ЕТа для решения ряда задач в области агрогидрологических исследований, связанных с мониторингом и управлением орошаемыми агроценозами. В частности, приведены результаты сопоставления оценок потоков ЕТа, полученных по ряду моделей, а также анализа их достоинств и недостатков. В заключении представлены аргументы о целесообразности применения пространственных оценок потоков ЕТа, основанных на ДЗЗ, в контексте диссертационного исследования.

1.1.1. Агрогидрологический подход к исследованиям водного баланса

почвенного покрова и потоков ЕТа на сельскохозяйственных землях

Значительная часть антропогенной деятельности, связанной с управлением агроценозами, направлена на формирование и эффективное управление запасами почвенной влаги в корнеобитаемом слое (КС) ПП, необходимых для получения запланированных урожаев [230]. В этой связи количественное описание потоков воды в SWAP-системе представляет собой раздел дисциплины гидрологии суши, называемый агрогидрологией, который ориентирован на моделирование влияния составляющих водного баланса (ВБ) КС-ПП агроценозов, а также влияния его приходных и расходных статей на урожайность агроценозов и характеристики окружающей среды, в частности, на поверхностные, грунтовые и подземные водные объекты [124, 155, 159, 162, 190]. Получаемые при этом результаты агрогидрологического моделирования находят свое применение в мониторинге агроценозов, планировании и управлении запасами почвенной влаги в орошаемом земледелии, а также контроле реализации поливов [16, 18, 24, 30, 51, 61, 72].

1.1.2. Междисциплинарный характер агрогидрологических исследований водного баланса и влагозапасов корнеобитаемого слоя почвенного покрова

Основу агрогидрологического направления в исследованиях процессов формирования статей водного баланса, а также запасов почвенной влаги в корнеобитаемом слое почвенного покрова составляет комплекс гео-, гидро- и биофизических методов, пространственная разрешающая способность которых лежит в широком диапазоне, от уровня почвенных пор [78] до уровня водосборов [180], с присущими этим уровням особенностями ведения мониторинга [218]. Формирование связей между этими уровнями базируется на теории иерархических систем [49], проекция которой на агрогидрологию выражается в непрерывном развитии междисциплинарных методов, применяемых в ландшафтоведении [17],, почвоведении [38, 41], физике почв [11, 12, 52], гидрологии суши [4, 9, 46] и др., а также в совершенствовании моделей водного баланса КС-ПП, основанных на использовании данных из разных источников с различными пространственным и временным разрешением [90]. Это позволяет расширять и углублять междисциплинарные знания в гидрологии суши [4, 9, 46], метеорологии и агрометеорологии [90], почвоведении [38, 41], физике почв и геофизике [11, 12, 52, 190], земледелии и растениеводстве [121, 173, 182, 218, 232, 233]. Получаемые при этом новые знания трансформируются в инновационные методы и технологии развития орошаемого земледелия [118, 247] [48, 49], мониторинга земельных ресурсов [90, 182], а также точного земледелия [85, 151, 101].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Ермолаева Ольга Сергеевна, 2025 год

- НПЗ

значениями аналогичных рядов регионального потока Е Тау , имеет немного более значимую разницу в случае медианных значений (рисунок 4.4 б). При этом важно также отметить, что в исключительно засушливый 2010 г., когда в поливной период практически не выпадали осадки и на неорошаемых агроценозах практически все посевы выгорели, а урожай был списан, на орошаемых агроценозах удалось получить пусть и невысокий, но крайне необходимый урожай.

- НПЗ

Характеризуя динамику регионального потока ЕТаУ] в первый полупериод (2003-2010 гг.), необходимо отметить так же отрицательное влияние не только погодных условий, но также и сложной экономической ситуации ведения орошаемого земледелия в связи с высокими ценами на подачу воды, а также несовершенством и физической изношенностью используемой в те годы дождевальной техники. Это приводило, с одной стороны, к сокращению оросительных норм против рекомендованных, а также к большим непроизводительным потерям поливной воды [250] в результате грунтового стока воды [194], возникающего из-за поливов большими нормами.

В противоположность первому полупериоду второй полупериод (20102017 гг.) характеризуется положительным трендом обоих временных рядов

- ОПЗ - НПЗ

медианных и средних значений региональных потоков Е Тау и Е Тау . Это связано, с одной стороны с увеличением норм летних осадков, а с другой - общим улучшением экономической ситуации, а также техническом перевооружении орошаемого земледелия. Так, если в первой половине второго полупериода величины разностей между значениями обоих региональных потоков варьировали в пределах 110^120 мм, что уже было выше аналогичного показателя второй половины первого полупериода, то уже начиная с 2014 года эта разность начала расти, достигнув 130 мм и 150 мм в 2014 год и 2015 год, соответственно. При этом

необходимо также отметить, что, судя по величине регионального потока

- НПЗ

ETaVj , 2015 г. относился к засушливому, что нашло свое отражение в уменьшении его значения в сравнении с предыдущим 2014 г. Однако, несмотря на

- ОПЗ

это произошло увеличение регионального потока ETaVj , что нашло свое отражение в отмеченном выше рассогласовании синхронности. Увеличение же

- ОПЗ - НПЗ

разности между значениями региональных потоков E TaV и E TaV стабилизировалось в относительно благополучные по уровню летних осадков 2016 и 2017 года, достигнув значений, порядка 120-130 мм.

Другим важным результатом анализа увеличения разности между

- ОПЗ - НПЗ

региональными потоками E TaV и E TaV , которое начало проявляться, начиная с 2007 г., является отмеченное увеличение оросительных норм. В то же время период, последовавший за самым неблагоприятным 2010 годом, когда была зафиксирована минимальная норма летних осадков за исследуемый период, совпал с началом реконструкции ПОС и КОС. В результате этой реконструкции происходила, с одной стороны, замена морально и технически устаревших ДМ на новые, а с другой — установка новых ДМ на участках, где в предыдущие годы было прекращено орошение. Очевидно, что оба эти фактора проявились в результате начала реализации ФЦП «Развитие мелиорации земель сельскохозяйственного назначения России на 2014-2020 годы» [252]. Таким образом модернизация ДМ могла способствовать более эффективному использованию поливной воды агроценозами, нашедшему отражение в уменьшении ее потоков в почвенно-грунтовые слои, расположенные ниже КС-ПП, что и нашло свое отражение в

- ОПЗ

увеличении регионального потока E TaV . Таким образом, результаты анализа

- ОПЗ - НПЗ

временных рядов региональных потоков E TaV и E TaV во второй полупериод (2010-2017 гг.) со всей очевидностью оказались тесно связаны с экстенсивным и интенсивным развитием орошаемого земледелия и техническим обновлением дождевальной техники, произошедшими под влиянием реализации вышеупомянутой федеральной целевой программы.

Отметим, что полученное в результате проведенных расчетов значение

--ОПЗ

регионального потока £Тау2012 за 2012 г. достаточно близко к значению, представленному в ранее опубликованной работе по оценке эффективности орошения с использованием данных ДЗЗ посевов люцерны, размещенных на территории ПОС, а также ниже вдоль реки Волги на территории ОПХ ВолжНИИГиМ (южнее на 50-60 км) и на территории ООО «Березовское» (южнее на 100-110 км) [25, 234, 238]. Рассчитанные при этом значения эффективности использования поливной воды для посевов люцерны на ПОС показали, что соответствующие значения лежали в пределах 50-55%. Предполагая, что в 20152017 гг. орошение посевов люцерны проводилось с той же оросительной нормой 150 мм, что и в 2012 г., но с использованием новых ДМ с менее грузными и более дробными поливными нормами, можно считать, что это способствовало увеличению эффективности использования поливной воды на 50%, доведя их до величин порядка 70-75% (в диапазоне 60-90%). Эти показатели соответствуют аналогичным результатам орошения посевов люцерны на территории ОПХ ВолжНИИГиМ в 2012 г. [25, 234, 238].

4.1.4. Анализ связи региональных характеристик потока ЕТая с орошаемых пахотных земель с нормами летних осадков

Другим результатом проведенного статистического анализа слоев датасета БТау контуров ОПЗ и НПЗ, является их связь с зарегистрированными на метеостанции г. Ершов нормами летних осадков. Сопоставительный анализ такой связи представляет интерес и достаточно правомочен ввиду соседства соответствующих контуров этих земель, что по всей очевидности способствовало выпадению на них одинаковых норм дождевых осадков.

В продолжение сопоставительного анализа рядов (£Тау — Ос) и (Ос) орошаемых и неорошаемых земель был проведен корреляционный анализ для 14 лет исследуемого периода 2003-2009 гг. и 2009-2017 гг., за исключением 2010 г.

Ряд норм летних осадков был сформирован значениями сумм соответствующих месячных осадков (июнь, июль, август), зарегистрированных на метеостанции г. Ершов 2003-2007 гг., 2009 г., 2011-2017 гг. Значение члена ряда (Ос) за 2008 г. было принято в соответствии с данными, зафиксированными на метеостанции г. Маркс.

Исключение из вышеприведённого рассмотрения данных 2010г. было вызвано погодной аномалией, характеризовавшейся крайне низкой нормой летних осадков, которая привела к серьезным проблемам организации орошения из-за снижения уровня р. Волги в створе головных насосных станций ниже расчетного. Это существенно затруднило водозабор головными насосными станциями и сказалось в виде значительного снижения водоподачи, требуемой для пополнения влагозапасов почвенного покрова на орошаемых землях в сложившихся погодных условиях. Это нашло свое отражение при сравнении двух пар значений норм летних осадков 2010 г и 2012 г., которые составили 17 мм и 83 мм и соответствующих им практически равных значений разностей (ETav-Ос), которые составили 174 мм и 175 мм. Результаты корреляционного анализа, полученные в приложении MS Excel 2017 г., представлены на рисунке 4.5.

Представленные на рисунке 4.5 результаты оценки корреляционной связи между рядами ( E Tav — Ос) орошаемых и неорошаемых пахотных земель и норм летних осадков (Ос) имеют отрицательную связь. При этом полученное для случая неорошаемых пахотных земель значение коэффициента Пирсона, равное 0,47, указывает на невысокий уровень этой эмпирической связи. Соответствующий визуальный анализ указывает на две пары точек с высокими значениями (Ос). Очевидно, что эти значения существенно повлияли на придание исследованной эмпирической функции слабой линейной связи, без которых эта функция имела бы вид облака без значимой линейной корреляции, что в целом связано со значительным пространственным варьированием осадков. В свою очередь, одно из возможных объяснений наличия двух отмеченных пар точек с низкими значениями (ET aV — Ос) и высокими значениями (Ос) может состоять в формировании в

соответствующие годы значимых потоков грунтового стока. В целом это соответствует имеющимся представлениям о влиянии осадков на величину суммарного испарения с обоих типов пахотных земель [246].

а)

180

5

160

.п

Ч

О!

5 140

О!

т

X .о 120

I

н

о X 100

га

с

X 80

.а

5

О! 3 60

О

а

о 40

О!

I

> 20

га

ш

0

167

124 124 122

19Я 122

113 128

78 •

у = -0,5723x + 164,01 R2 = 0,4731

60

Разница ETav неорошаемых пахотных земель, 0-5щ км Линейная (Разница ETav неорошаемых пахотных земель, 0-5щ км)

Осадки по метеостанции г. Ершов, мм б)

х .о х

I-

о

X га п. х

ш □

о

О

го и О

> .ГО

300

250

200

150

230 231

221

225

100

50

•-'••Г:,. -

.............................................................204 192

167

175 172 153 ................................................................................................

у = 0,0085x2 - 3,2583x + 409,74 120

' А

R2 = 0,7867

у = -1,199x + 300,07 К2 = 0,7294

110

.......

99

(ETav(Ir) - Осадки) орошаемых пахотных земель

о о оо о

Осадки по метеостанции г. Ершов, мм

Рисунок 4.5 - Результат корреляционного анализа парных значений рядов региональных потоков БТау территории Марксовского района исследуемого периода 2003-2017г. и значений ряда норм летних осадков по метеостанциям г. Ершов и г. Маркс контуров: а) НПЗ; б) ОПЗ В свою очередь представленная на рисунке 4.5б корреляционная эмпирическая отрицательная линейная связь между рядами ( Е Тау — Ос) и (Ос) для

131

109

106

84

56

269

0

случая орошаемых пахотных земель имеет достаточно высокое значение коэффициента Пирсона, равное 0,73. Это указывает на значительно более высокий уровень связи ряда ( Е Тау — Ос) контуров ОПЗ с рядом норм летних осадков, чем в случае НПЗ. Одно из возможных объяснений этого результата, может быть основано на связи реализации орошения с выпадавшими осадками в соответствующие годы. Говоря иными словами выпадение осадков было консолидирующим фактором, влиявшим в течение исследованного периода (за исключением экстремального 2010 г.) на принятие решений о проведении поливов на контурах ДМ-КД. Такого рода консолидация за счет ведения схожих поливных режимов в зависимости от складывавшегося режима выпадения осадков, способствовала формированию значимо более коррелированных с ними региональных потоков БТау.

Другой результат проведенного корреляционного анализа, представленный на рисунке 4.5 б, был получен при переходе от линейной аппроксимационной функции к параболической функции. Несмотря на, возможно, не столь существенное увеличение значения квадрата коэффициента корреляции (с 0,73 до 0,79) при втором варианте аппроксимации, ее визуальное восприятие значительно улучшилось. Такой нелинейный характер корреляционной связи может быть связан с рядом неопределенностей, которые обусловлены пространственным варьированием норм летних осадков с одной стороны и практикой ведения орошения различными собственниками — с другой.

4.2. Оценка зональных характеристик потока ЕТаг орошаемых и неорошаемых

пахотных земель

В настоящем подразделе приведены результаты развития усовершенствованного метода РАГеоД для пространственно-временного анализа геодатасета ЕТау в соответствии с зональной удаленностью расположения контуров ОПЗ и НПЗ от уреза левого берега р. Волги. Необходимость классификации по этим зонам (зонирования) этих потоков вытекала из результатов,

полученных в предыдущих подразделах (4.1.3 и 4.1.4), и была связана с рядом неопределенностей при статистическом анализе функций распределений на региональном уровне.

Для решения задачи по разметке по зонам (зонированию) геодатасета ETav были использованы 15 слоев производных геодатасетов ETavОПЗ и ЕТа^НПЗ (2003-2017 гг.), а также дополнительный слой (БГ.7) границ зон с разной удаленностью от уреза воды левого берега р. Волги.

Для решения второй части 4-й задачи, связанной с оценкой зональных характеристик геодатасетов БТауОПЗ и БТауНПЗ, была проведена классификация 15 слоев геодатасета ЕТау, по принадлежности семи соответствующим зонам с использованием дополнительного слоя масок их границ (БГ.7) (подраздел 2.3.4), что позволило сформировать два набора геодатасетов, соответствующих ОПЗ и НПЗ, каждый из которых содержал 105 слоев (15*7). В результате последовавших за этим расчетом статистических характеристик сформированных геодатасетов были получены статистические характеристики зональных потоков БТау, а также построены их профили. Проведенный дополнительный визуальный анализ созданных профилей позволил выявить ряд закономерностей.

Методика и результаты использованных процедур, а также результаты их применения представлены в ниже в этом разделе.

4.2.1. Зональные характеристики ЕТау в в пределах 0-5 км от уреза левого

берега реки Волги

Контуры агроценозов, орошаемых ДМ-КД, идентифицированных в первой зоне (0-5 км) за временной интервал 2003-2017 гг., выделены на рисунке 4.6 а красным цветом. Динамика их количества, а также суммарной площади орошаемых ими агроценозов представлена на рисунке 4.6 б., доля которой от общей площади пахотных земель этой зоны (4931 га, таблица 2.3) составляла 0,82,6%. Там же на рисунке 4.6 в отображена динамика медианных значений датасетов ЕТау, соответствующих ОПЗ и НПЗ первой зоны.

Зона 1 (0-5 км)

<N<N<N<N<N<N<N<N<N<N<N<N<N<N<4

в)

Зона 1 (0-5 км)

н 251 п 229 202 Я 217 ^202^ 181 И 182 И 137 Р 98 г30л л 219 [з4в" 174 N 186 173 п 171 |о5| ^ТТ /248 232

..............

Рисунок 4.6 - Диаграммы характеристик первой зоны по удаленности от уреза левого берега р. Волги (0-5 км): а) мест расположения ДМ-КД (красный цвет); б) временных рядов количества ДМ-КД и площади их контуров; в) медианных

-== ОПЗХ = НПЗХ

значений зональных потоков Етау и Етау

Количество ДМ-КД 1-й зоны в сравнении с другими зонами было низким, с минимумом в 2009-2012 гг., который был вызван выводом нескольких ДМ-КД из эксплуатации. Соответствующие временные ряды медианных значений зональных

потоков ЕГауОПЗ1 и ЕГауНПЗ1 за 2003-2017 гг. имеют в целом схожий вид, демонстрируя два полупериода со снижением соответствующих показателей в период 2003-2010 гг. и с последующим их увеличением в период 2010-2017 гг. При этом разности медианных значений этих зональных потоков, которые в первый полупериод лежали в диапазоне 20-80 мм, а во второй - 20-170 мм, оказались

существенно меньше по сравнению с другими зонами. Одной из возможных причин отмеченного могут служить более высокие нормы осадков вегетационного периода этой зоны, а также соседней второй зоны, по сравнению с более удаленными от р. Волги зонами. Такое различие было отмечено в период проведения полевых экспериментов 2006-2009 гг.

4.2.2. Зональные характеристики ЕТау в пределах 5-10 км от уреза левого

берега реки Волги

Контуры агроценозов, орошаемых ДМ-КД, идентифицированных во второй зоне (5-10 км) за временной интервал 2003-2017 гг., выделены на рисунке 4.7 а красным цветом. Динамика их количества, а также суммарной площади орошаемых ими агроценозов представлена на рисунке 4.7 б., доля которой от общей площади пахотных земель в этой зоне (20 301 га, таблица 2.3) находилась в пределах 5-10%. Там же на рисунке 4.7 в отображена динамика медианных значений датасетов ЕТау ОПЗ и НПЗ второй зоны. Количество функционировавших ДМ-КД во второй зоне с 2003 по 2009 год было достаточно стабильным (33-34 шт.), после чего снизилось до 24 машин в 2012 году, в основном за счет вывода из эксплуатации ДМ-КД, расположенных на территории обслуживаемой КОС. Затем количество стало увеличиваться, достигнув 51 шт. в

2017 году. В целом вид временных рядов медианных значений потоков ЕТау032

НП32

и ЕТаУ] , а также величины разностей медианных значений сопоставимы с аналогичными характеристиками временных рядов первой зоны (рисунок 4.7). При этом разности медианных значений этих зональных потоков, которые в первый полупериод находились в диапазоне 20-80 мм, а во второй, начиная с 2011 года, стали увеличиваться и составили 30-170 мм, одной из причин которого могло быть обновления парка ДМ-КД.

а) б)

К^Орошаемые пахотные земли

1-А.

1—1

-Неорошаемые пахотные земли

J_L

I I I

<N<N<N<N<N<N<N<N<N<N<N<N<N<N<N

Рисунок 4.7 - Диаграммы характеристик второй зоны по удаленности от уреза левого берега р. Волги (5-10 км): а) мест расположения ДМ-КД (красный цвет); б) временных рядов количества ДМ-КД и площади их контуров; в) медианных

-== ОПЗ2 = НПЗ2

значений зональных потоков ЕТ аУу и ЕТ аУу Отметим также, что значения потока ЕТа, полученные на экспериментальном участке/полигоне (раздел 2.6) в результате наземного мониторинга влагозапасов на посеве орошаемой люцерны, расположенном в этой зоне, составили: в 2006 году (1-й год вегетации) - 231 мм, в 2007 году (2-й год вегетации) - 247 мм, а в 2008 году (3-й год вегетации) - 264 мм. Эти данные соответствуют потокам объемов БТау, полученным в результате космического мониторинга, что еще раз подтверждает адекватность использованных в проведенном исследовании оценок потоков БТау, полученных на основе данных последнего.

берега реки Волги

Контуры агроценозов, орошаемых ДМ-КД, идентифицированных в третьей зоне (10-20 км) за 2003-2017 гг., выделены на рисунке 4.8 а красным цветом. Динамика их количества, а также суммарной площади орошаемых ими агроценозов, представлена на рисунке 4.8 б., доля которой от общей площади пахотных земель этой зоны (51 650 га, таблица 2.3) лежала в пределах 12-20%. Там же на рисунке 4.8 в отображена динамика медианных значений датасетов ЕТау, соответствующих ОПЗ и НПЗ третьей зоны.

Зона 3 (10-20 км)

Рисунок 4.8 - Диаграммы характеристик третьей зоны по удаленности от уреза левого берега р. Волги (10-20 км): а) мест расположения ДМ-КД (красный цвет); б) временных рядов количества ДМ-КД и площади их контуров; в) медианных

-== ОПЗ3 = НПЗз

значений зональных потоков ¿Гау,- и ЯГаУу

Количество ДМ-КД и площадь орошаемых ими агроценозов в третьей зоне были наибольшими из всех 6 зон, с тенденцией прогрессивного роста, которая достигла своего максимума в 2017 год. Общий вид временных рядов медианных

-== ОПЗ3 = НПЗ3

значений потоков ЕТаУ] и ЕТаУ] этой зоны отличен от аналогичных показателей двух других зон, расположенных ближе к р. Волге (рисунки 4.6-4.7). Эти отличия заключаются в постепенном увеличении разницы между медианными

значениями потоков ЕТау^^3 и ЕТау}ШЗэ, начиная с 49 мм в 2003 году и достигнув 131 мм в 2007 году, после чего разница стабилизировалась в пределах 120-140 мм с максимумом 174 мм в 2015 году.

4.2.4. Зональные характеристики ЕТйУ в пределах четвертой зоны (20-30 км)

Контуры агроценозов, орошаемых ДМ-КД, идентифицированных в четвертой зоне (2030 км) за временной интервал с 2003 по 2017 года, выделены на рисунке 4.9 а красным цветом. Динамика их количества, а также суммарной площади орошаемых ими агроценозов представлена на рисунке 4.9 б. Доля этой площади от общей площади пахотных земель в данной зоне (41 413 га, таблица 2.3) лежала в пределах 8-12%. На рисунке 4.9 в отображена динамика медианных значений датасетов ЕТау, соответствующих ОПЗ и НПЗ четвертой зоны.

Динамика количества ДМ-КД и орошаемых ими площадей агроценозов в четвертой зоне имела волнообразный характер в исследуемый период 20032017 гг., с минимумом в 2012 г., после чего наступила стабилизация с резким увеличением в 2017 г. Общий вид временных рядов медианных значений

рт ОПЗ4 __ НПЗ4 ^

зональных потоков ЕТаУ] и ЕТаУ] , а также разностей между значениями этих рядов схожи с аналогичными характеристика временных рядов третьей зоны (рисунок 4.8).

Зона 4 (20-30 км)

I Площадь

<N<N<N<N<N<N<N<N<N<N<N<N<N<NCM

в)

Зона 4 (20-30 км)

1

•Орошаемые пахотные земли

J_L

•Неорошаемые пахотные земли

I I I I

J_L

<N<N<N<N<N<N<N<N<N<N<N<N<N<N<N

Рисунок 4.9- Диаграммы характеристик четвертой зоны по удаленности от уреза левого берега р. Волги (20-30 км): а) мест расположения ДМ-КД (красный цвет); б) временных рядов количества ДМ-КД и площади их контуров; в) медианных

значений зональных потоков £ТаУу(

ОПЗ4 -== НПЗ4

и £Tav,-

4.2.5. Зональные характеристики ЕТау в пределах 30-40 км от уреза левого

берега реки Волги

Контуры агроценозов, орошаемых ДМ-КД, идентифицированных в пятой зоне (30-40 км) за временной интервал 2003-2017 гг., выделены на рисунке 4.10 а красным цветом. Динамика их количества, а также суммарной площади орошаемых ими агроценозов представлена на рисунке 4.10 б., доля которой от общей площади пахотных земель этой зоны (41 413 га, таблица 2.3) находилась в

Зона 5 (30-40 км)

I Площадь

(N (N (N СО СО СС

о о о о о о о

<N m «¡г m I.D г-« öööööööoooooooa

<N<N<N<N<N<N<N<N<N<N<N<N<N<N<N

в)

Зона 5 (30-40 км)

1

-С^Орошаемые пахотные земли

1

1

1

1

-Неорошаемые пахотные земли

1

1

1

fNfNfNfNfNfNfNfNfNfNfNfNfNfNfN

Рисунок 4.10 - Диаграммы характеристик пятой зоны удаленности от уреза левого берега р. Волги (30-40 км): а) мест расположения ДМ-КД (красный цвет); б) временных рядов количества ДМ-КД и площади их контуров; в) медианных

-== ОПЗ5 = НПЗ5

значений зональных потоков ЕТаУ] и ЕТаУ]

223

218

126

Количество ДМ-КД и площади орошаемых агроценозов пятой зоны в период

2003-2012 гг. изменялся волнообразно, достигнув максимума в его конце, после

чего произошло незначительное снижение, закончившееся резким увеличением в

2017 году. Общий вид временных рядов медианных значений зональных потоков -== опз^ = нпз^

ETaVj и ETaVj хотя внешне и схож с аналогичным видом таких же временных рядов второй зоны (рисунок 4.7), но отличается большими величинами разностей значений этих временных рядов.

берега реки Волги

Контуры агроценозов, орошаемых ДМ-КД, идентифицированных в шестой зоне (40-50 км) за 2003-2017 гг., выделены на рисунке 4.11 а красным цветом. Динамика их количества, а также суммарной площади орошаемых ими агроценозов представлена на рисунке 4.11 б, доля которой от общей площади пахотных земель этой зоны (23 007 га, таблица 2.3) находилась в пределах 0,5-9%. Там же на рисунке 4.10 в отображена динамика медианных значений датасетов ЕТау, соответствующих ОПЗ и НПЗ шестой зоны.

а)

б)

Зона 6 (40-50 км)

■ Площадь

■ Количество

1С 1С ГЧ ГМ

(.С (.С (.С (.С (.С

Ю Ю Ю Ю Ю ГЧ ю ю ю

гНгНгНгНгН гНгНгН

|т |т |т т о, * „ т т т * * : т^ипшг^сошо^нгчт^ипшг--

ОООООООтНТНТНТНТНТНТНТН

ооооооооооооооо

в)

Зона 6 (40-50 км)

I 1ь277 ~ 274

220 ^

Орошаемые пахотные земли

J_I_I_I_1_

► Неорошаемые пахотные земли

]_I_I_I_I_I_I_|_

гч т

1Л ю г*»

т^ьлюг-^оосло

о о о о о о о тН ..............

ооооооооооооооо

ГЧГЧГЧГЧГЧГЧГЧГЧГЧГЧГЧГЧГЧГЧГЧ

Рисунок 4.11 - Диаграммы характеристик шестой зоны удаленности от уреза левого берега р. Волги (40-50 км): а) мест расположения ДМ- КД и суммарной

ОПЗ,

площади их контуров; в) медианных значений зональных потоков £Тау,- и

£Тау;

НПЗ,

]

196

192

151

Количество ДМ-КД и площадь орошаемых агроценозов в шестой зоне до 2014 года включительно были низкими, с резким приростом в 2015-2016 годах. Общий вид временных рядов медианных значений Общий вид временных рядов

Т=гя=; ОПЗб НПЗ6

медианных значений зональных потоков ЕТаУ] и ЕТаУ] , а также разностей между значениями этих рядов, схожи с аналогичными характеристиками таких же временных рядов третьей и четвертой зон (рисунки 4.8-4.9).

Выводы по четвертой главе:

1. С целью регионального и зонального анализа потока БТау была проведена разметка записей соответствующего пространственно-временного куба по двум подвидам пахотных земель - «орошаемым пахотным землям и «неорошаемым пахотным землям»). Для этого были использованы слои контуров посевов, орошаемых с помощью дождевальных машин кругового действия, идентифицированные по данным космического мониторинга.

2. Применение усовершенствованной методики РАГеоД к слоям потока БТау, отнесенным к «орошаемым пахотным землям и «неорошаемым пахотным землям», позволило оценить их пространственно-временные характеристики на региональном и зональном уровне. Сопоставление региональных характеристик потока БТау, соответствующих обоим подвидам пахотных земель, привело к выводу о формировании в период с 2012 по 2017 годы дополнительных драйверов, приведших к изменению ранее имевших место тенденций. Одним из таких драйверов стало изменение инфраструктуры оросительных систем в результате реализации федеральной целевой программы «Развитие мелиорации земель сельскохозяйственного назначения России на 2014-2020 годы», направленное, как на обновление парка дождевальных машин кругового действия, так и на увеличение площадей орошаемых пахотных земель. Другие драйверы, по-видимому, были связаны с изменением структуры выращиваемых орошаемых сельскохозяйственных культур, а также изменениями поливных режимов.

3. Использование региональных значений потока БТау орошаемых и неорошаемых пахотных земель для оценки их связи с нормами летных осадков выявило в обоих случаях отрицательный корреляционные связи. Для неорошаемых

пахотных земель низкий уровень достоверности линейной корреляционной функции объясняется высоким пространственным варьированием, как видов сельскохозяйственных культур, так и мест их расположения на территории Марксовского района. В случае же орошаемых пахотных земель полученный высокий уровень достоверности идентифицированных, как линейной, так и параболической корреляционных функций объясняется ведением орошения агроценозов в соответствии с нормами выпадающих осадков.

4. Результаты зонального анализа характеристик потока ETav орошаемых пахотных земель выявили незначительное уменьшение медианных значений временных рядов всех 6 зон. В то же самое время аналогичные результаты анализа характеристик потока ETav неорошаемых пахотных земель, выявили их существенное прогрессивное уменьшение по мере удаления от уреза левого берега р. Волги. Это выразилось в тенденции увеличения разности между соответствующими значениями этих рядов. Отмеченное могло иметь место в результате применения более высоких оросительных норм для орошения агроценозов по мере удаления их местоположений от р. Волги.

5. В результате корреляционного анализа была выявлена тесная линейная связь между урожайностью девятнадцати орошаемых посевов люцерны второго года вегетации, расположенных на территории Марксовского и Энгельсского районов Саратовской области (2012 г.), и сформированными на них потоками ETav, которые были рассчитаны по TIR данным MODIS.

Представленная диссертационная работа содержит описание и результаты расчетов оценок региональных и зональных характеристик потока суммарного испарения орошаемых и неорошаемых агроценозов за оросительный период, полученных с использованием сформированной базы геоданных и разработанных методов пространственно-временного анализа.

Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем:

1. Проведенный библиографический анализ публикаций, посвященных оценке потока ЕТа, позволил выявить эффективность методов оценки этого потока по данных ДЗЗ для решения разнообразных теоретических и практических задач на территориях со значительным площадным охватом, в частности, для решения задач агрогидрологического мониторинга, управления водными ресурсами водосборов, при орошении агроценозов.

2. Применимость данных космического мониторинга потока ЕТа в виде продукта MOD16A2 была подтверждена результатами его сопоставления с оценками этого потока, полученными в результате наземного полевого мониторинга влагозапасов корнеобитаемого слоя почвы, реализованного на шести экспериментальных площадках орошаемой люцерны за 2007-2008 гг.

3. С помощью сформированной базы геоданных базовых и основных геообъектов на территории Марксовского района была проведена систематизация геоданных с общим объемом записей порядка 3,6 млн, а также автоматизированы рабочие процессы их обработки, включая: а) наполнение БГД геоданными продукта MOD16A2; б) формирование геодатасета потока суммарного испарения за оросительный период; в) разметку геодатасета ЕТау по маскам геоданных основных видов землепользования и маскам контуров сельскохозяйственных посевов, орошаемых дождевальными машинами кругового действия, а также зонам различной удаленности от уреза левого берега реки Волги; г) проведение кластерного геопространственного анализа 15 слоев (2003-2017 гг.) геодатасета

ЕТаv методом локального индекса Морана и скоростей тренда двух полупериодов (2003-2010 гг. и 2010-2017 гг.), наборов этого геодасета, соответствующих основным видам землепользования, методом Манн-Кендалла; д) проведение зонального анализа мер центральной тенденции геодатасета ЕТау основных видов землепользования, а также двух подвидов пахотных земель — орошаемых и неорошаемых.

4. С использованием процедур усовершенствованного метода РАГеоД выявлено устойчивое ранжирование временных рядов потока ЕТау основных видов землепользования, заключавшееся в увеличении амплитуд межгодовых колебаний от рядов с большими значениями ЕТау (лес, мелколесье, кустарник) к рядам с меньшими значениями этого потока (пашня, неиспользуемые и другие сельскохозяйственные земли), вызванное различиями характеристик надземной и подземной составляющих растительного покрова.

5. Результаты кластерного анализа слоев геодатасета ЕТау и слоев скоростей трендов, рассчитанных по методу Манн-Кендалла, выявили наличие на территориях, соответствующих видам землепользования «лес» и «пахотные земли», паттернов со значительно более высокими значениями ЕТау, а также значительно более низкими скоростями трендов в сравнении с окружающими территориями. Формирование такого рода паттернов на территориях, занятых пахотными землями, могло иметь место при ведении на их части орошаемого земледелия, что было подтверждено сопоставлением мест расположения этих паттернов с контурами слоев контуров дождевальных машин кругового действия.

6. Обобщение результатов анализа региональных характеристик потока ЕТа, полученных с использованием усовершенствованного метода РАГеоД, привело к выводу о влиянии экономических условий ведения орошаемого земледелия, которые изменились после начала реализации ФЦП «Развитие мелиорации земель сельскохозяйственного назначения России на 2014-2020 годы», позволившей на льготных условиях модернизировать дождевальную технику. Соответствующие результаты нашли свое отражение в постепенном увеличении разницы между потоками ЕТау орошаемых и неорошаемых

агроценозов на региональном и зональном уровнях, что было вызвано изменением поливного режима в сторону увеличения оросительных норм, а также улучшением эффективности поливов за счет уменьшения потерь поливной воды на поверхностный и почвенно-грунтовый сток.

7. Результаты корреляционного анализа, выявившие тесную линейную связь между урожайностью девятнадцати орошаемых посевов люцерны второго года вегетации со сформированными на них потоками ETav, рассчитанными по TIR данным MODIS, позволили прийти к выводу о возможности использования значений этих потоков в качестве предикторов урожайности этой культуры при орошении.

8. Результаты корреляционного анализа региональных характеристик потока ETav орошаемых и неорошаемых пахотных с нормами летних осадков выявили в обоих случаях отрицательные корреляционные связи. При этом в случае неорошаемых пахотных земель выявленная линейная корреляционная связь имела невысокий уровень, что объясняется, как значимым пространственным варьированием мест расположения соответствующих агроценозов, так и видов выращиваемых сельскохозяйственных культур. В случае же орошаемых пахотных земель обе выявленные корреляционные связи (линейная и параболическая) имели высокий уровень достоверности, что объясняется ведением орошения агроценозов в соответствии с нормами выпадающих осадков.

9. Результаты зонального анализа характеристик потока ETav орошаемых пахотных земель выявили слабую вариацию средних и медианных значений по мере удаления от уреза левого берега р. Волги. В то же самое время аналогичные результаты для неорошаемых пахотных земель, выявили существенное уменьшение средних и медианных значений потока ETav в указанном направлении. Сочетание выявленных характеристик выразилось в прогрессивном увеличении разности между значениями соответствующих зон удаленности, которое, очевидно, сложилось в результате увеличения применяемых оросительных норм по мере удаления от уреза левого берега р. Волги.

Рекомендации по применению и развитию результатов диссертационного включают:

а) разработку методов использования данных дистанционного зондирования Земли для оценки урожайности орошаемых агроценозов на локальном уровне;

б) разработку методов оценки эффективности орошения отдельного агроценоза с использованием данных дистанционного зондирования Земли;

в) разработку методов оперативного управления орошением агроценозов с использованием данных дистанционного зондирования Земли.

2. Алпатьев А. М. Влагообороты в природе и их преобразования. - Ленинград : Гидрометеоиздат, 1969. - 323 с.

3. Анализ пространственного варьирования влажности почвенного покрова вдоль фронта дождевальной машины / А. М. Зейлигер, С. В. Затинацкий, О. С. Ермолаева, Д. А. Колганов // Природообустройство. - 2023. - № 3. - С. 15-22.

4. Антипов, А. Н. Проблемы ландшафтно-гидрологических исследований / А. Н. Антипов, Л. М. Корытный // География и природные ресурсы. - 1985. - № 2. -C. 164-166.

5. Будаговский, А. И. Испарение почвенной влаги / А. И. Будаговский, под ред. Акад. наук СССР. Ин-т географии, Москва: Наука, 1964. - 244 c.

6. Будыко, М. И. Испарение в естественных условиях / М. И. Будыко, Ленинград: Гидрометеоиздат, 1948. - 136 c.

7. Булыгина, О. Н. Описание массива срочных данных об основных метеорологических параметрах на станциях России [Электронный ресурс] // Свидетельство о государственной регистрации базы данных №2 2014620549. Режим доступа: http://meteo.ru/data/163-basic-parameters#описание-массива данных.

8. Веб-сайт администрации Марксовского района [Электронный ресурс]. URL: https://marksadm.ru/apk.html (дата обращения: 01.10.2023).

9. Великанов, М. А. Гидрология суши / М. А. Великанов, Москва: ГИМИЗ, 1964. - 402 c.

10. Водопотребление и качество воды при орошении сельскохозяйственных культур / А. Ю. Черемисинов, С. П. Бурлакин, И. П. Землянухин [и др.] // Агроэкологический вестник / Министерство сельского хозяйства и продовольствия Российской Федерации, Воронежский государственный аграрный университет им. императора Петра I. Том Выпуск 6. - Воронеж : Воронежский государственный аграрный университет им. Императора Петра I, 2012. - С. 53-58.

11. Воронин, А. Д. Основы физики почв / А. Д. Воронин, Москва: МГУ, 1986. 1244 c.

12. Глобус, А. М. Экспериментальная гидрофизика почв. Методы определения потенциала и коэффициентов переноса почвенной влаги. / А. М. Глобус, Ленинград: Гидрометеоиздат, 1969. - 355 c.

14. ГОСТ 26213-91. Почвы. Методы определения органического вещества. Введ. 1992-07-01. М.: Стандартинформ, 2008. - 6 с.

15. Гусев, Е. М. Исследование влияния различных способов оценки модельных параметров на точность воспроизведения речного стока на основе модели SWAP / Е. М. Гусев, О. Н. Насонова // Водные ресурсы. - 2007. - Т. 34, № 3. - С. 299-309.

16. Демакина, И. И. Агрогеометеорологическое обеспечение агропромышленного комплекса / И. И. Демакина, Б. В. Фисенко, А. Ю. Моршнев // Заметки ученого. - 2023. - № 7. - С. 365-368.

17. Дьяконов, К. Н. Геофизика ландшафта. Биоэнергетика, модели, проблемы: Учебно-методическое пособие / К. Н. Дьяконов. - Москва : Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" Издательский Дом (типография), 1991. - 96 с.

18. Дубенок, Н. Н. Режим орошения сеяных многолетних трав, выращиваемых на склоновых участках в условиях Центрального района Нечерноземной зоны РСФСР: автореф. дис. ... канд. с.-х. наук: 06.01.02 / Дубенок Николай Николаевич. - Волгоград, 1984. - 22 с.

19. Ермолаева, О. С. Анализ трендов потоков суммарного испарения (за 20032017 гг.) по данным продукта MOD16A2 для территории Марксовского района Саратовской области / О. С. Ермолаева, А. М. Зейлигер // Природообустройство. -2021. - № 2. - С. 16-25.

20. Ермолаева, О. С. Классификация и зонирование потоков суммарного испарения за вегетацию для территории Марксовского района Саратовской области, полученных по данным продукта MOD 16 ET в 2003-2017 гг. / О. С. Ермолаева, А. М. Зейлигер // Аграрный научный журнал. - 2022. - № 4. - С. 83-88.

21. Ермолаева, О. С. Применение сочетания технологий ГИС-ДЗЗ-ГНСС-ИИ для пространственно-временного анализа потоков суммарного испарения с орошаемых и богарных пахотных земель (на примере Марксовского района Саратовской области) / О. С. Ермолаева, А. М. Зейлигер // Материалы IV Международной научной конференции «Тенденции развития агрофизики: от актуальных проблем земледелия и растениеводства к технологиям будущего» ФГБНУ АФИ, Санкт-Петербург, 13-15 сентября 2023 г. - Санкт-Петербург: Агрофизический научно-исследовательский институт, 2023. - С. 16-24.

22. Ермолаева, О. С. Результаты анализа потоков суммарного испарения орошаемых и неорошаемых агроценозов на территории Марксовского района

Саратовской области за оросительные периоды 2003-2017 г. с использованием продукта MOD16A2 / О. С. Ермолаева, А. М. Зейлигер // Материалы 21-й Международной конференции "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса", Москва, 13-17 ноября 2023 года. - Москва: Институт космических исследований Российской академии наук, 2023. - С. 365.

23. Ермолаева, О. С. Эффективность использования посевами орошаемой люцерны запасов почвенной влаги / О. С. Ермолаева, А. М. Зейлигер // Мелиорация и водное хозяйство. - 2023. - № 2. - С. 23-29.

24. Зейлигер, А. М. Информационные технологии в мониторинге богарных и орошаемых агроценозов / А. М. Зейлигер, О. С. Ермолаева // Современные наукоемкие технологии. - 2016. - № 10-1. - С. 62-66.

25. Зейлигер, А. М. Метод сканирующих характеристик измерения влажности почвы прибором TDR TRIME-FM3. Материалы международной научно-практической конференции / А. М. Зейлигер, О. С. Ермолаева - Москва, 2009. - С. 220-223.

26. Зейлигер, А. М. Направления и инструменты информационно -технологического развития аграрного сектора экономики РФ / А. М. Зейлигер // Доклады ТСХА: Материалы Международной научной конференции, Москва, 0608 декабря 2016 года. Том Выпуск 289, Часть 4. - Москва: Российский государственный аграрный университет - МСХА им. К.А. Тимирязева, 2017. - С. 22-24.

27. Зейлигер, А. М. Оценка водного стресса орошаемых агроценозов с использованием данных агрогидрологической модели SWAP, наземного (метеорологического) и космического мониторинга / А. М. Зейлигер, О. С. Ермолаева // Водные ресурсы: новые вызовы и пути решения : сборник научных трудов: посвящается Году экологии в России и 50-летию Института водных проблем РАН, Сочи, 02-07 октября 2017 года / Институт водных проблем Российской академии наук, Российский информационно-аналитический и научно-исследовательский водохозяйственный центр. - Сочи: ООО "Лик", 2017. - С. 187192.

28. Зейлигер, А. М. Результаты пространственно-временного анализа наборов данных ДЗЗ по испарению с поверхности суши MOD16 ET за 2000-2009 годы для территории Палласовского района Волгоградской области РФ / А. М. Зейлигер, О. С. Ермолаева, А. Н. Кричевцова // Экология. Экономика. Информатика : Сборник статей в 3 томах / Российский фонд фундаментальных исследований, Южный федеральный университет, Институт математики, механики и компьютерных наук имени Воровича И.И., Институт аридных зон, Южный научный центр Российской

29. Зейлигер, А. М. Структурные модели почв и их гидрофизические характеристики: специальность 06.01.03 "Агрофизика": автореф дис. ... доктора биологических наук: 06.01.03/ Зейлигер Анатолий Михайлович. - Москва, 1995. -38 с.

30. Зейлигер, А. М. Точное (дифференцированное) орошаемое земледелие -технология повышения эффективности орошения и снижения нагрузки на окружающую среду / А. М. Зейлигер // Сборник научных докладов ВИМ. - 2010. -Т. 2. - С. 633-638.

31. Зейлигер, А. М. Электромагнитный индуктометр для вертикального профилирования влагозапасов почвенно-грунтовой толщи / А. М. Зейлигер, М. Л. Тулузаков // Природообустройство. - 2013. - № 4. - С. 36-40.

32. Зейлигер, А.М. Полевые исследования преференциального водного потока в темно-каштановых почвах Саратовского Заволжья // сб. ст. Проблемы научного обеспечения развития Эколого-экономического потенциала России под ред. И. С. Румянцева / А.М Зейлигер, О.С. Ермолаева. - Москва: МГУП, 2004. - С. 99-103.

33. Иванов, Н. Н. Об определении величин испаряемости / Н. Н. Иванов // Известия ВГО. - 1954. - № 2 (86). - С. 189-196.

34. Использование данных дистанционного зондирования при моделировании водного и теплового режимов сельских территорий / Е. Л. Музылев, З. П. Старцева, А. Б. Успенский [и др.] // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. - 2017. - Т. 14, № 6. - С. 108-136.

35. Использование спутниковых данных ряда спектральных диапазонов при моделировании водного и теплового режимов территорий с разным характером увлажнения / Е. Л. Музылев, З. П. Старцева, Е. В. Волкова, Е. В. Василенко // Материалы 22-й Международной конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса», Москва, 11-15 ноября 2024 года.

- Москва: Институт космических исследований Российской академии наук, 2024. -С. 369.

36. Использование спутниковых данных о характеристиках подстилающей поверхности и метеорологических характеристиках при моделировании водного и теплового режимов большого сельскохозяйственного региона / Е. Л. Музылев, З. П. Старцева, А. М. Зейлигер [и др.] // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. - 2019. - Т. 16, № 3. - С. 44-60.

38. Карпачевский, Л. О. Динамика свойств почвы / Л. О. Карпачевский. -Москва: ГЕОС, 1997. -170 c.

39. Качинский, Н. А. Физика почв / Н. А. Качинский. - Москва: Высшая школа, 1970. -358 c.

40. Киселева А. Разведочный анализ (EDA) [Электронный ресурс] // Skillfactory. 2023. URL: https://blog.skillfactory.ru/razvedochnyi-analiz-dannyh-eda/ (дата обращения: 29.09.2023).

41. Козловский, Ф. И. Почва как зеркало ландшафта и концепция информационной структуры почвенного покрова / Ф. И. Козловский, С. В. Горячкин // Почвоведение. - 1996.-№ 3 - C. 288-297.

42. Компьютерный анализ режимов водного стресса орошаемых агроценозов с использованием SWAP-модели, а также данных наземного и космического мониторинга / А. М. Зейлигер, О. С. Ермолаева, Е. Л. Музылев [и др.] // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. - 2019.

- Т. 16, № 3. - С. 33-43.

43. Константинов, A. P. Нормирование орошения: методы, их оценка, пути уточнения/ A. Р.Константинов, Э. А. Струнников // Гидротехника и мелиорация.-1986.- № 1 - C. 19-28.

44. Константинов, А. Р. Водный и тепловой режим орошаемых полей / А. Р. Константинов, под ред. Л. П. Серякова. -Ленинград: Ленингр. политехн. ин-т, 1979. -80 c.

45. Константинов, А. Р. Тепловой и водный режим Украины / А. Р. Константинов, Л. И. Сакали, Н. И. Гойса, Р. Н. Олейник, под ред. А. Р. Константинова. -Ленинград: Гидрометеоиздат, 1966. -592 c.

46. Кучмент, Л. С. Моделирование влагопереноса в системе почва-растительность-приземный слой атмосферы для гидрологических задач / Л. С. Кучмент, Ю. Г. Мотовилов, З. П. Старцева // Водные ресурсы. - 1989. - Т. 16, № 2.

- С. 32-39.

47. Льгов, Г. К. Орошаемое земледелие / Г. К. Льгов. - Москва: Колос, 1979. -191 c.

48. Мезенцев, B. C. Увлажненность Западно-Сибирской равнины / B. C. Мезенцев, И. В. Карнацевич. - Ленинград: Гидрометеоиздат, 1969. -168 c.

50. Методика расчета режимов орошения сельскохозяйственных культур на основе биоклиматического метода для европейской части СССР с применением ЭВМ / под ред. С.М. Алпатьева. Киев: Укр. НИИ гидротехники и мелиорации, 1973. 9 с.

51. Михеев, П. А. Научное обоснование режимов орошения основных сельскохозяйственных культур современной дождевальной техникой в условиях Юга России / П. А. Михеев, Н. А. Иванова // Природообустройство. - 2016. - № 5.

- С. 47-52.

52. Мичурин, Б. Н. Энергетика почвенной влаги / Б. Н. Мичурин. -Ленинград: Гидрометеоиздат, 1975. -140 с.

53. Молчанов, А. А. Суммарное испарение и транспирация в лесу и на безлесных площадях / А. А. Молчанов //Москва: Географгиз. - 1963. - С 55-66.

54. Об утверждении Доктрины продовольственной безопасности Российской Федерации: Указ Президента РФ от 21.01.2020 № 20 // Собрание законодательства РФ. 2020. № 4. Ст. 395.

55. Ольгаренко, Г. В., Турапин С. С. Аналитические исследования перспектив развития техники орошения в России : Информационно-аналитическое издание / Г. В. Ольгаренко, С. С. Турапин, Коломна: ИП Лавренов А.В. -2020. - 128 с.

56. Оросительные системы России: от поколения к поколению: Монография. В двух частях / В. Н. Щедрин, А. В. Колганов, С. М. Васильев, А. А. Чураев. Том Часть 1. - Новочеркасск: Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации, 2013. - 283 с.

57. Основные результаты по оценке и картографированию опустынивания в Российской Федерации / Г. С. Куст, Н. Ф. Глазовский, О. В. Андреева [и др.] // Аридные экосистемы. - 2002. - Т. 8, № 16. - С. 7-27.

58. Остапчик, В. П. Информационно-советующая система управления орошением / В. П. Остапчик, В. А. Костромин, А. М. Коваль. -Киев: Урожай, 1989.

- 245 с.

59. Панкова, Т. А. Адаптивное нормирование орошения люцерны на темно-каштановых почвах сухостепного Заволжья: дис. ... канд. техн. наук: 06.01.02 / Панкова Татьяна Анатольевна. - Саратов, 2016. - 215 с.

60. Пенман, X. Л. Растение и влага / X. Л. Пенман. - Ленинград.: Гидрометеоиздат, 1968. - 161 с.

61. Повышение эффективности использования оросительной воды природно-техническими системами в сельскохозяйственном производстве / В. Л. Бондаренко, Н. А. Иванова, А. В. Кувалкин, Г. Л. Лобанов // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации. - 2015. - № 3(19). - С. 171-186.

62. Полевое тестирование метода картографического моделирования влагозапасов поверхностного слоя почвенного покрова, основанного на данных радарной съёмки Sentinel-1 и цифровой модели рельефа / А. М. Зейлигер, К. В. Музалевский, Е. В. Зинченко [и др.] // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. - 2020. - Т. 17, № 4. - С. 113-128.

63. Природообустройство: учебник для вузов / А. И. Голованов, Ф. М. Зимин, Д.

B. Козлов, И. В. Корнеев, под ред. А. И. Голованов, Москва: КолосС, 2008. - 552 c.

64. Селянинов, Г. Т. О сельскохозяйственной оценке климата / Г. Т. Селянинов // Труды по сельскохозяйственной метеорологии. - 1928. - № 20. - C. 165-177.

65. Суммарное водопотребление зерновых культур на склоновых землях Центрального района РФ и зональные биоклиматические коэффициенты / Н. Н. Дубенок, Р. В. Калиниченко, М. В. Климахина [и др.] // Овощи России. - 2020. - № 6. - С. 120-125.

66. Суммарное водопотребление люцерны на дерново-подзолистых почвах водоразделов Московской области / В. В. Пчелкин, Ю. И. Сухарев, О. М. Кузина,

C. О. Владимиров // Природообустройство. - 2020. - № 1. - С. 47-53.

67. Управление сельхозпредприятием с использованием космических средств навигации (ГЛОНАСС) и дистанционного зондирования Земли / Е. Ф. Шульга, А. О. Куприянов, В. К. Хлюстов [и др.]. - Москва: Российский государственный аграрный университет - МСХА им. К.А. Тимирязева, 2016. - 286 с.

68. Федеральная целевая программа «Развитие мелиорации земель сельскохозяйственного назначения России на 2014 - 2020 годы» (утв. постановлением Правительства РФ от 12 октября 2013 г. N 922).

69. Формирование потенциала роста аграрного производства в России / И. П. Бандурина, И. И. Саенко, К. М. Камалова, В. В. Похвала // Вестник Академии знаний. - 2022. - № 50(3). - С. 56--60.

70. Циприс, Д. Б. Расчет водопотребления по метеопараметрам/ Д. Б. Циприс, Э. Г. Евтушенко // Гидротехника и мелиорация. - 1980. - № 9. - C. 40-42.

71. Шаров, И. А. Эксплуатация гидромелиоративных систем: для гидромелиорат. ин-тов и фак. / И. А. Шаров. - Москва: Сельхозгиз, 1959. - 576 c.

73. A climatological study of evapotranspiration and moisture stress across the continental United States based on thermal remote sensing: 1. Model formulation / M. Anderson [et al.] // Journal of Geophysical Research. - 2007. - Vol.112. - D10117.

74. A Critical Evaluation on the Role of Aerodynamic and Canopy-Surface Conductance Parameterization in SEB and SVAT Models for Simulating Evapotranspiration: A Case Study in the Upper Biebrza National Park Wetland in Poland / K. Mallick, W. Loise, B. Nishan [et al.] // Water. - 2018. - Vol. 10. -Art. 1753.

75. A First Assessment of the 2018 European Drought Impact on Ecosystem Evapotranspiration / K.R. Ahmed, E. Paul-Limoges, U. Rascher, A. Damm // Remote Sensing. - 2021. - Vol. 13, No. 1. - Art. 16.

76. A geo-informatics approach for estimating water resources management components and their interrelationships / U.W. Liaqat, U. K. Awan, M. F. McCabe, M. Choi // Agricultural Water Management. - 2016. - Vol. 178. - P. 89-105.

77. A Hybrid Data-Driven Machine Learning Technique for Evapotranspiration Modeling in Various Climates / M. Valipour, M. Sefidkouhi, M. Raeini-Sarjaz, Sa. M. Guzman // Atmosphere. - 2019. - Vol. 10, No. 6. - Art. 311.

78. A mathematical model for estimating the extent of solute- and water-flux heterogeneity in multiple sample percolation experiments / F. Stagnitti, L. Li, G. Allinson [et al.] // Journal of Hydrology. - 1999. - Vol. 215, No. 1-4. - P. 59-69.

79. A Multiscale Remote Sensing Model for Disaggregating Regional Fluxes to Micrometeorological Scales / M. Anderson, J. Norman, J. Mecikalski [et al.] // Journal of Hydrometeorology. - 2004. - Vol. 5, No. 2. - P. 343-363.

80. A remote sensing surface energy balance algorithm for land (SEBAL). 1. Formulation / W.G.M. Bastiaanssen, M. Menenti, R.A. Feddes, A. A. M. Holtslag// Journal of Hydrology. - 1998. - Vol. 212-213. - P. 198-212.

81. A remote sensing surface energy balance algorithm for land (SEBAL).: Part 2: Validation / W. G. M. Bastiaanssen, H. Pelgrum, J. Wang [et al.] // Journal of Hydrology. - 1998. - Vol.212-213. - P. 213-229.

82. A Review of Models and Micrometeorological Methods Used to Estimate Wetland Evapotranspiration / J. Z. Drexler, R. L. Snyder, D. Spano, K.T. Paw U // Hydrological Processes. - 2004. - Vol. 18, No. 11. - P. 2071-2101.

84. Acharya, B. Comparison of Satellite Driven Surface Energy Balance Models in Estimating Crop Evapotranspiration in Semi-Arid to Arid Inter-Mountain Region / B. Acharya, V. Sharma // Remote Sensing. - 2021. - Vol. 13, No. 9. - P. 1822.

85. Adams, M. L. Methods of on-farm experimentation using precision agriculture technology / M. L. Adams, S. E. Cook. - St. Joseph, MI, USA: American Society of Agricultural and Biological Engineers (ASABE), 1997. - P. 97-3020.

86. Advances of Modeling Water Flow in Variably Saturated Soils with SWAP/ J.C. van Dam, P. Groenendijk, R.F.A. Hendriks, J.G. Kroes // Vadose Zone Journal. - 2008.

- Vol. 7, No. 2. - P. 640-653.

87. Airborne Thermal Imagery to Detect the Seasonal Evolution of Crop Water Status in Peach, Nectarine and Saturn Peach Orchards / J. Bellvert, J. Marsal, J. Girona [et al.] // Remote Sensing. - 2016. - Vol. 8, No. 1. - P. 39.

88. Allen, R. G. Evaluation of a temperature difference method for computing grass reference evapotranspiration. Report submitted to UN-FAO Water Resources Development and Management Service, Land and Water Dev. / R. G. Allen. - Div., Rome, 1992. - 50 p.

89. Allen, R. G. METRIC: Mapping Evapotranspiration at High Resolution -Applications Manual for Landsat Satellite Imagery/ R. G. Allen, M. Tasumi, R.Trezza. -Idaho: University of Idaho, 2005. - 107 p.

90. Allen, T. F. H. Hierarchy theory in hydropedology/ T. F. H. Allen, P. C. Allen, D. L. Wixon // Hydrology and Earth System Sciences Discussions. - 2009. - Vol. 6, No. 3.

- P. 2931-2959.

91. An enhanced two-source evapotranspiration model for land (ETEML): Algorithm and evaluation / Y. Yang [et al.] // Remote Sensing of Environment. - 2015. - Vol. 168 3. - P. 54-65.

92. An evaluation of two inexpensive energy-balance techniques for measuring water use in flood-irrigated pecans (Carya illinoinensis) / L. J. Simmons, J. Wang, T. W. Sammis, D. R. Miller // Agricultural Water Management. - 2007. - Vol. 88, No. 1- P. 181-191.

93. An exploratory analysis of land abandonment drivers in areas prone to desertification / C. Kosmas [et al.] // CATENA. - 2015. - Vol. 128. - P. 252-261.

95. Arnold, J. G. SWAT2000: current capabilities and research opportunities in applied watershed modelling/ J. G. Arnold, N. Fohrer // Hydrological Processes. - 2005. - Vol. 19, No. 3. - P. 563-572.

96. Assessing the Spatial Pattern of Irrigation Demand under Climate Change in Arid Area / L. Wang [et al.] // ISPRS International Journal of Geo-Information. - 2020. - Vol. 9, No. 9. - Art. 526.

97. Bac-Bronowicz J. Regionalization of geographical space according to selected topographic factors in reference to spatial distribution of precipitation: application of artificial neural networks in GIS / J. Bac-Bronowicz, P. Grzempowski // Environmental Earth Sciences. - 2018. - Vol. 77, No. 18. - P. 1-17.

98. Bac-Bronowicz, J. Cartographic Presentation of Spatio-Temporal Information Related to Point Data on the Basis of Historical Data from Atlases of Precipitation / J. Bac-Bronowicz; ed. by Livieratos E., Gartner G. - Vienna: Vienna University of Technology, 2010. - P. 1-10.

99. Bastiaanssen, W. G. M. SEBAL-Based Sensible and Latent Heat Fluxes in the Irrigated Gediz Basin, Turkey/ W. G. M. Bastiaanssen // Journal of Hydrology. - 2000. -Vol. 229, No. 1-2. - P. 87-100.

100. Blaney, H. F. Determining Water Requirements in Irrigated Areas From Climatological and Irrigation Data / H.F. Blaney, W.D. Criddle. - Washington, DC: US Department of Agriculture, 1950. - 48 p.

101. Bramley, R. G. V. Lessons from nearly 20 years of Precision Agriculture research, development, and adoption as a guide to its appropriate application / R. G. V. Bramley // Crop and Pasture Science. - 2009. - Vol. 60, No. 3. - P. 197-217.

102. Busch, N. E. Workshop on Micrometeorology / N. E. Busch, D. A. Haugen. -Boston: American Meteorological Society, 1973. - 392 p.

103. Chiew, F.H.S. Penman-Monteith, FAO-24 Reference Crop Evapotranspiration and Class-A Pan Data in Australia / F.H.S. Chiew, N.N. Kamaladasa, H.M. Malano [et al.] // Agricultural Water Management. - 1995. - Vol. 28, No. 1. - P. 9-21.

104. Colaizzi, P.D. Two-Source Energy Balance Model Estimates of Evapotranspiration Using Component and Composite Surface Temperatures / P.D. Colaizzi, W.P. Kustas, M.C. Anderson // Advances in Water Resources. - 2012. - Vol. 50. P. 134-151.

106. Castellvi, F. Combining Surface Renewal Analysis and Similarity Theory: A New Approach for Estimating Sensible Heat Flux / F. Castellvi // Water Resources Research.

- 2004. - Vol. 40, No. 5. -Art. W05201.

107. Castellvi, F. Surface energy-balance closure over rangeland grass using the eddy covariance method and surface renewal analysis / F. Castellvi, R. L. Snyder, D. D. Baldocchi // Agricultural and Forest Meteorology. - 2008. - Vol. 148, No. 6. - P. 11471160.

108. Cha, M. Estimation of Seasonal Evapotranspiration for Crops in Arid Regions Using Multisource Remote Sensing Images / M. Cha, M. Li, X. Wang // Remote Sensing.

- 2020. - Vol. 12, No. 15. -Art. 2398.

109. Chapter 4. Evaporation and Transpiration / R. G. Allen, W.O. Pruitt, J.A. Businger [et al.] // Hydrology Handbook (Manual and Reports on Engineering Practice No. 28) / Task Committee on Hydrology Handbook of Management Group D of ASCE. - New York: ASCE, 1996. - P. 125-252.

110. Chartzoulakis, K. Sustainable Water Management in Agriculture under Climate Change / K. Chartzoulakis, M. Bertaki // Agriculture and Agricultural Science Procedia.

- 2015. - Vol. 4. - P. 88-98.

111. Chow, V.T. Applied Hydrology / V.T. Chow, D.R. Maidment, L.W. Mays. - New York: McGraw-Hill, 1988. - 572 p.

112. Comparing Evapotranspiration Products of Different Temporal and Spatial Scales in Native and Managed Prairie Pastures / R. Bajgain, X. Xiao, P. Wagle [et al.] // Remote Sensing. - 2021. - Vol. 13, No 1. - P. 82.

113. Comparison of 16 Models for Reference Crop Evapotranspiration Against Weighing Lysimeter Measurement / X. Liu, C. Xu, X. Zhong [et al.] // Agricultural Water Management. - 2017. - Vol. 184. - P. 145-155.

114. Comparison of Five Models to Scale Daily Evapotranspiration from One-Time-of-Day Measurements / P. D. Colaizzi, S. R. Evett, T. A. Howell, J. A.Tolk // Transactions of the ASABE. - 2006. - Vol. 49, No. 5. - P. 1409-1417.

115. Comparison of medium spatial resolution ENVISAT-MERIS and terra-MODIS time series for vegetation decline analysis: A case study in central Asia / J. Tüshaus, O. Dubovyk, A. Khamzina, G. Menz // Remote Sensing. - 2014. - Vol. 6, No. 6. - P. 52385256.